基于单周期控制的高增益DC/DC变换器研究
发布时间：2021-01-04 06:59
经济发展和生活水平提高显著增加了能源消耗,化石能源面临枯竭的危险,同时对环境污染问题关注程度的日益提高,使得太阳能光伏发电为代表的新能源发电技术吸引了越来越广泛的关注。然而新能源发电普遍具有输出电压偏低的缺点,很难满足现在并网的需求和将来直流电网中的应用。高增益DC/DC变换器已经成为电力电子技术的研究热点之一。在采用耦合电感构造高增益变换器的基础上,通过单周期控制技术来研制高性能的DC/DC变换器,论文主要工作如下:（1）基于耦合电感高增益DC/DC变换器构造。通过将Boost变换器中的电感用耦合电感替换构造了输出电压增益更大的变换器。进而对变换器原理进行分析,计算增益比、分析开关管电压应力等参数,并使用PSIM软件构建的变换器进行了仿真与分析。（2）高增益变换器主电路设计。对基于耦合电感高增益DC/DC变换器的主电路参数进行了计算,重点计算了耦合电感参数,设计了绕制方法并设计了RCD箝位网络,然后使用PSIM软件对主电路进行仿真,验证了设计的合理性。（3）高增益变换器控制回路设计。首先对高增益变换器输出的单周期能控性进行了证明;然后针对单周期控制启动电压过冲过大的问题,使用开关流图...
【文章来源】： 申文娟 西安石油大学
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CPES提出的直流微电网结构示意图
12DNDVVMout+==11in（2-7）由图2-5可知，当N=0时，耦合电感高增益Boost变换器的电压增益与传统Boost变换器的电压增益相同。而当N>0的时，变换器的电压增益M与匝比N以及占空比D都有关联。当占空比D不变时，随着匝比N的变化，变换器的电压增益M也随之变化，且这两者之间的变化呈现正相关的关系。而当匝比N不变，占空比D变化的时候，变换器的电压增益M也会呈现出同样的变化规律。由此可见只要匝比N不为零，那么耦合电感高增益Boost变换器的电压增益就比传统Boost变换器的电压增益高，而且从图中可以看出，当占空比D取某一区间的数值的时候，Boost变换器电路中功率开关管的开关损耗不仅得到了减小，而且与此同时变换器效率也有了明显的提高[35-37]。图2-5电压增益M与占空比D和匝比N之间的关系接下来分析开关管S和输出二极管D的电压应力VT和VD。当S关断时，根据KVL定律得：sinVVVVpout=（2-8）其中Vp、Vs分别为原边和副边绕组两端电压。pNVV=s（2-9）p+=VVVinT（2-10）将式（2-9）、式（2-10）代入式（2-8）中得：NNVVVout++=1inT（2-11）在S导通时，根据KVL定律得：
13pVV=in（2-12）pNVV=s（2-13）outsD+=VVV（2-14）将式（2-13）以及式（2-14）代入式（2-12）中得：outD+=VNVVin（2-15）2.3高增益变换器的仿真分析在2.2节中对基于耦合电感高增益Boost变换器的工作原理、工作状态进行了分析，为了验证上述对变换器理论分析的正确性，基于PSIM软件搭建相应的电路模型进行仿真。将参考文献[38]中传统的普通电感用耦合电感代替，参考文献[38]中变换器的主要元器件参数设计：输入电压12inV=V，输出电压36outV=V，开关频率f=50kHz，占空比D=0.5，耦合电感匝比N=1，励磁电感100mL=μH，输出电容47outC=μF，负载电阻20loadR=Ω，对上述参数使用PSIM软件构建的变换器的模型图如2-6所示。图2-6耦合电感高增益Boost变换器模型图2-7为输出电压Vout与纹波电压波形，可以看出，输出电压稳定在了36V，纹波电压约为42mV，实现了由输入电压12V到输出电压36V的转换功能，变换器增益为3，与式（2-7）的理论计算值一致。
【参考文献】：
期刊论文
[1]多单元二极管电容电感网络高增益直流变换器统一模型研究[J]. 董卓,张岩,刘进军,李新颖,丁恺诚,王俊. 中国电机工程学报. 2018(18)
[2]高增益DC-DC变换器在光伏系统中的应用研究[J]. 房绪鹏,闫鹏,赵珂,于志学. 现代电子技术. 2018(03)
[3]一种零输入电流纹波高增益DC-DC变换器[J]. 高伟,罗全明,张阳,吕星宇,周雒维. 电工技术学报. 2018(02)
[4]基于二极管钳位的新型高增益直流升压变换器[J]. 陈庚,董秀成,李浩然,代莎,蒋林枭. 电力系统及其自动化学报. 2017(09)
[5]基于耦合电感的新型高增益软开关直流变换器[J]. 屈克庆,冯苗苗,赵晋斌. 电机与控制学报. 2017(08)
[6]基于有源开关电感网络和DCM单元组的DC-DC升压变换器[J]. 侯世英,冯斌,颜文森,陈剑飞. 电机与控制学报. 2017(07)
[7]基于开关电容的双向DC-DC变换器及其单周期控制[J]. 陈磊,潘庭龙,沈艳霞,吴定会,纪志成. 系统仿真学报. 2017(07)
[8]新型高增益开关电容直流升压变换器[J]. 李楠,王萍,贝太周,薛利坤,亓才. 电力系统及其自动化学报. 2017(06)
[9]一种单管双电感高增益Boost变换器[J]. 吴贵洋,章家岩,李永超,胡雪峰. 电力电子技术. 2017(05)
[10]引入功率微分项下垂控制的微电网小信号稳定性分析[J]. 陈昕,张昌华,黄琦. 电力系统自动化. 2017(03)
硕士论文
[1]直流微网优化控制策略与能量管理研究[D]. 郝玉倩.河北科技大学 2018
[2]反激小功率DC-DC二次电源的优化设计[D]. 刘帅刚.华中科技大学 2016
[3]低电压应力有源钳位耦合电感型高增益DC/DC变换器研究[D]. 张阳.重庆大学 2015
本文编号：2956364
【文章来源】： 申文娟 西安石油大学
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CPES提出的直流微电网结构示意图
12DNDVVMout+==11in（2-7）由图2-5可知，当N=0时，耦合电感高增益Boost变换器的电压增益与传统Boost变换器的电压增益相同。而当N>0的时，变换器的电压增益M与匝比N以及占空比D都有关联。当占空比D不变时，随着匝比N的变化，变换器的电压增益M也随之变化，且这两者之间的变化呈现正相关的关系。而当匝比N不变，占空比D变化的时候，变换器的电压增益M也会呈现出同样的变化规律。由此可见只要匝比N不为零，那么耦合电感高增益Boost变换器的电压增益就比传统Boost变换器的电压增益高，而且从图中可以看出，当占空比D取某一区间的数值的时候，Boost变换器电路中功率开关管的开关损耗不仅得到了减小，而且与此同时变换器效率也有了明显的提高[35-37]。图2-5电压增益M与占空比D和匝比N之间的关系接下来分析开关管S和输出二极管D的电压应力VT和VD。当S关断时，根据KVL定律得：sinVVVVpout=（2-8）其中Vp、Vs分别为原边和副边绕组两端电压。pNVV=s（2-9）p+=VVVinT（2-10）将式（2-9）、式（2-10）代入式（2-8）中得：NNVVVout++=1inT（2-11）在S导通时，根据KVL定律得：
13pVV=in（2-12）pNVV=s（2-13）outsD+=VVV（2-14）将式（2-13）以及式（2-14）代入式（2-12）中得：outD+=VNVVin（2-15）2.3高增益变换器的仿真分析在2.2节中对基于耦合电感高增益Boost变换器的工作原理、工作状态进行了分析，为了验证上述对变换器理论分析的正确性，基于PSIM软件搭建相应的电路模型进行仿真。将参考文献[38]中传统的普通电感用耦合电感代替，参考文献[38]中变换器的主要元器件参数设计：输入电压12inV=V，输出电压36outV=V，开关频率f=50kHz，占空比D=0.5，耦合电感匝比N=1，励磁电感100mL=μH，输出电容47outC=μF，负载电阻20loadR=Ω，对上述参数使用PSIM软件构建的变换器的模型图如2-6所示。图2-6耦合电感高增益Boost变换器模型图2-7为输出电压Vout与纹波电压波形，可以看出，输出电压稳定在了36V，纹波电压约为42mV，实现了由输入电压12V到输出电压36V的转换功能，变换器增益为3，与式（2-7）的理论计算值一致。
【参考文献】：
期刊论文
[1]多单元二极管电容电感网络高增益直流变换器统一模型研究[J]. 董卓,张岩,刘进军,李新颖,丁恺诚,王俊. 中国电机工程学报. 2018(18)
[2]高增益DC-DC变换器在光伏系统中的应用研究[J]. 房绪鹏,闫鹏,赵珂,于志学. 现代电子技术. 2018(03)
[3]一种零输入电流纹波高增益DC-DC变换器[J]. 高伟,罗全明,张阳,吕星宇,周雒维. 电工技术学报. 2018(02)
[4]基于二极管钳位的新型高增益直流升压变换器[J]. 陈庚,董秀成,李浩然,代莎,蒋林枭. 电力系统及其自动化学报. 2017(09)
[5]基于耦合电感的新型高增益软开关直流变换器[J]. 屈克庆,冯苗苗,赵晋斌. 电机与控制学报. 2017(08)
[6]基于有源开关电感网络和DCM单元组的DC-DC升压变换器[J]. 侯世英,冯斌,颜文森,陈剑飞. 电机与控制学报. 2017(07)
[7]基于开关电容的双向DC-DC变换器及其单周期控制[J]. 陈磊,潘庭龙,沈艳霞,吴定会,纪志成. 系统仿真学报. 2017(07)
[8]新型高增益开关电容直流升压变换器[J]. 李楠,王萍,贝太周,薛利坤,亓才. 电力系统及其自动化学报. 2017(06)
[9]一种单管双电感高增益Boost变换器[J]. 吴贵洋,章家岩,李永超,胡雪峰. 电力电子技术. 2017(05)
[10]引入功率微分项下垂控制的微电网小信号稳定性分析[J]. 陈昕,张昌华,黄琦. 电力系统自动化. 2017(03)
硕士论文
[1]直流微网优化控制策略与能量管理研究[D]. 郝玉倩.河北科技大学 2018
[2]反激小功率DC-DC二次电源的优化设计[D]. 刘帅刚.华中科技大学 2016
[3]低电压应力有源钳位耦合电感型高增益DC/DC变换器研究[D]. 张阳.重庆大学 2015
本文编号：2956364
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/boshibiyelunwen/2956364.html
